一種用於真三軸水力壓裂模擬實驗的液氮製冷安裝裝置的製作方法

2023-04-30 21:30:41

本發明涉及油氣藏水力壓裂以及液氮製冷研究領域，特別涉及一種真三軸水力壓裂模擬實驗的液氮製冷安裝裝置，用以監測在模擬地應力條件下巖石熱脹冷縮性質對提高水力壓裂效果的作用，並考察地應力條件、加熱溫度、製冷溫度、壓裂液溫度、三者之間的溫差和射孔條件等參數對裂縫起裂和延伸的影響規律。

背景技術：

隨著經濟的迅猛發展，國家的能源需求量不斷提升。水力壓裂技術，是油氣藏開採過程中常用的增產措施。利用水力壓裂技術，可增大油氣儲集層的天然裂縫、形成人工裂縫、增強裂縫之間的連通性，提高油氣儲集層的滲透率。

巖石熱脹冷縮性質的應用，對於地下油氣儲集層的裂縫形成有著有益效果，可提高水力壓裂的效率，有利於裂縫網絡的形成。利用地下油氣儲集層的熱脹冷縮特性進行儲集層破碎，是一個高效可行的方法。

在過去的研究中，油氣儲集層熱脹冷縮性能的利用，未能用於水力壓裂模擬實驗過程中。對於在加熱、製冷以及過渡於水力壓裂的過程中，保證模擬地應力的持續施加，是研究地下巖石熱脹冷縮性質對於水力壓裂的作用的必要條件。地應力的缺失，對於所模擬的地下一定深度、受一定圍壓作用的油氣儲集層而言，是並不準確的。實驗結果往往與真實地層情況有差距，並不具有代表性。因此，設計能將油氣儲集層熱脹冷縮和水力壓裂相結合的實驗裝置，對模擬地下油氣儲集層熱脹冷縮性質的作用有重要意義。

技術實現要素：

本發明的目的是監測在模擬地應力條件下，巖石熱脹冷縮性質對提高水力壓裂效果的作用，並觀察不同溫度、溫差及射孔條件等參數對裂縫起裂及延伸的影響，為此提供了一種用於真三軸水力壓裂模擬實驗的液氮製冷安裝裝置。

本發明包括三軸加壓單元、微波加熱單元與液氮製冷單元：

所述三軸加壓單元包括四個固定軸、八個螺栓、壓裂室主機、推進臺、三個加載板、一個後擋板、x向三通閥、y向三通閥、z向三通閥、x向壓力傳感器、y向壓力傳感器、z向壓力傳感器、x向加壓液壓缸、y向加壓液壓缸、z向加壓液壓缸、兩個x向卸料液壓缸、聲發射傳感器和溫度傳感器；

y向加壓液壓缸、z向加壓液壓缸均通過沉頭螺釘固定在壓裂室主機上；x向加壓液壓缸與壓裂室主機通過四個固定軸和八個螺栓進行螺紋密封連接；推進臺通過膠接連接方式，一面與x向加壓液壓缸的底座連接，一面與壓裂室主機連接，並與試樣室底邊重合，以便推送實驗試塊進入試樣室；x向退料油缸通過沉頭螺釘固定在壓裂室主機上；x向加壓液壓缸、y向加壓液壓缸、z向加壓液壓缸的液壓杆端部分別與加載板連接，連接方式為沉頭螺釘連接；在x方向上，試樣室內放有後擋板，後擋板與壓裂室主機中心對應位置留有一定尺寸的孔洞，且與兩個x向卸料液壓缸的液壓杆端部通過沉頭螺釘連接；在壓裂室主機的底座中有連接口，與位於試樣室正下方處的空腔連通，用於連接微波加熱設備與液氮製冷設備，並留有與試樣室連接的液氮運輸通道；

x向加壓液壓缸、y向加壓液壓缸和z向加壓液壓缸進油口連接處，分別與x向三通閥、y向三通閥和z向三通閥螺紋連接分成兩路，一路分別與x向壓力傳感器、y向壓力傳感器和z向壓力傳感器通過螺紋密封連接，用於傳輸壓力信號，另一路分別連接液壓源提供中心；x向退料液壓缸的進出油口連接液壓源提供中心；

加載板上通過膠接方式安裝有聲發射傳感器和溫度傳感器，通過其內部的導線槽和槽口伸出，傳輸聲發射信號與溫度信號；

所述微波加熱單元包括微波發生裝置、波導管和微波天線；所述微波發生裝置可在一定範圍內，調節微波的頻率及功率；所述波導管與微波天線連接，可與壓裂室主機的底座相連接，連接方式為螺紋連接；

所述液氮製冷單元包括液氮存儲鋼瓶和低溫管道；所述低溫管道與壓裂室主機的底座相連接，連接方式為螺紋連接；

優選的，壓裂室主機除微波天線正上方的試樣室底部材質外，其餘材質均屬於微波反射材料；加載板、後擋板、後六角螺栓、固定管道、x向加壓液壓缸、y向加壓液壓缸、z向加壓液壓缸、兩個x向卸料液壓缸的缸體與液壓杆均屬於微波反射材料；聲發射傳感器與溫度傳感器耐高溫，採用的耦合劑耐高溫，方便靈敏測得信號。

本發明的有益效果：

本發明提供的真三軸水力壓裂模擬實驗的液氮製冷安裝裝置，通過將所述低溫管道與壓裂室主機連接以製冷實驗試塊。用於真三軸水力壓裂模擬實驗的液氮製冷安裝裝置，能夠實現對模擬地應力條件下的巖石的熱脹冷縮性質的模擬實驗，並能模擬巖石熱脹冷縮性質對水力壓裂效果的影響。採用的聲發射傳感器與溫度傳感器能考察地應力條件、加熱溫度、製冷溫度、壓裂液溫度、三者之間的溫差和射孔條件等參數對裂縫起裂和延伸的影響規律。

附圖說明

圖1為本發明的立體分解示意圖。

圖2為本發明的主視圖。

圖3為圖2中的a—a剖視圖。

圖4為本發明的加載板立體示意圖。

圖中：1—微波發生裝置；2—波導管；3—微波天線；4—液氮存儲鋼瓶；5—低溫管道；6—x向加壓液壓缸；7—y向加壓液壓缸；8—z向加壓液壓缸；9—x向退料液壓缸；10—螺栓；11—固定軸；12—推進臺；13—壓裂室主機；14—試樣室；15—x向壓力傳感器；16—y向壓力傳感器；17—z向壓力傳感器；18—x向三通閥；19—y向三通閥；20—z向三通閥；21—加載板；22—連接口；201—後擋板；202—液氮傳輸管道；203—空腔；204—孔洞；301—聲發射傳感器；302—溫度傳感器；303—槽口；304—導線槽。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發明有包括三軸加壓單元、微波加熱單元與液氮製冷單元：

所述三軸加壓單元包括四個固定軸11、八個螺栓10、壓裂室主機13、推進臺12、三個加載板21、一個後擋板201、x向三通閥18、y向三通閥19、z向三通閥20、x向壓力傳感器15、y向壓力傳感器16、z向壓力傳感器17、x向加壓液壓缸6、y向加壓液壓缸7、z向加壓液壓缸8、兩個x向卸料液壓缸9、聲發射傳感器301和溫度傳感器302；

其中，y向加壓液壓缸7和z向加壓液壓缸8均通過沉頭螺釘固定在壓裂室主機13上；x向加壓液壓缸6與壓裂室主機13通過四個固定軸11和八個螺栓10進行螺紋密封連接；推進臺12通過膠接連接方式，一面與x向加壓液壓缸6的底座連接，一面與壓裂室主機13連接，並與試樣室14底邊重合，以便推送實驗試塊進入試樣室14；x向退料油缸9通過沉頭螺釘固定在壓裂室主機13上；x向加壓液壓缸6、y向加壓液壓缸7和z向加壓液壓缸8的液壓杆端部分別與加載板21連接，連接方式為沉頭螺釘連接；在x方向上，試樣室14內放有後擋板201，後擋板201與壓裂室主機13中心對應位置留有孔洞204，且與兩個x向卸料液壓缸9的液壓杆端部通過沉頭螺釘連接；在壓裂室主機13的底座中有連接口22，與位於試樣室正下方處的空腔203連通，用於連接微波加熱設備與液氮製冷設備，並留有與試樣室14連接的液氮運輸通道202；

x向加壓液壓缸6、y向加壓液壓缸7和z向加壓液壓缸8進油口連接處，分別與x向三通閥18、y向三通閥19和z向三通閥20螺紋連接分成兩路，一路分別與x向壓力傳感器15、y向壓力傳感器16和z向壓力傳感器17通過螺紋密封連接，用於傳輸壓力信號，另一路分別連接液壓源提供中心；x向退料液壓缸9的進出油口連接液壓源提供中心；

加載板21上通過膠接方式安裝有聲發射傳感器301和溫度傳感器302，通過其內部的導線槽304和槽口303伸出，傳輸聲發射信號與溫度信號；

所述微波加熱單元包括微波發生裝置1、波導管2和微波天線3；微波發生裝置1具有波導管2，波導管2與微波天線3連接，微波發生裝置1與壓裂室主機13的底座相連接，連接方式為螺紋連接；所述微波發生裝置1的頻率及功率可在一定範圍內調節；

所述液氮製冷單元包括液氮存儲鋼瓶4和低溫管道5；所述低溫管道5與壓裂室主機13的底座相連接，連接方式為螺紋連接；

優選的，壓裂室主機13除微波天線3正上方的試樣室14底部材質外，其餘材質均屬於微波反射材料；加載板21、後擋板201、x向加壓液壓缸6、y向加壓液壓缸7、z向加壓液壓缸8、兩個x向卸料液壓缸9的缸體與液壓杆均屬於微波反射材料；聲發射傳感器301與溫度傳感器302耐高溫，採用的耦合劑耐高溫，方便靈敏測得信號。